Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad saeed Saeedi,Ebrahim Shirani,Ahmad Reza Pishevar
محمدسعید سعیدی (استاد مشاور) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Meysam Joulaian
میثم جولائیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Numerical Flow Modeling of Nano jet in the Presence of Electric Field with DPD Method
Dissipative particle dynamics (DPD) is an emerging method for simulating problems at mesoscopic time and length scales. In this thesis we present a DPD approach that describes the correct hydrodynamic behavior of a two-phase fluids system on a length-scale larger than an atom.To gain this end we mustreproduce the correct liquid viscosity and surface tension between the two phases in DPD system. The formulation is applied to a stationary drop in a multicomponent and free surface system in a wide range of drop radii (Nano and Micro scales). DPD fluids showed the correct hydrodynamic behavior and simulated results were in good agreement with the continuum formulation. We have shown, although DPD is a promising method, it should be used with some considerations. There are some limitations on the maximum and minimum viscosity and surface tension that can be modeled with DPD. However, a DPD simulation is carried out to study dripping flow from a nozzle. The results of this study are used to answer this question that whether DPD is capable of simulating the free surface fluid on all different scales. We also utilize a new method to capture the real-time instantaneous geometry of the drop. The obtained results are in good agreement with the macroscopic experiment except near the breakup time, when the fluid thread that connects the primitive drop to the nozzle, becomes tenuous. At this point, the DPD simulation can be justifiable by thermal length of DPD fluid and the finest accuracy of the simulation that is the radius of a particle. We conclude that in spite of the fact that DPD can be used potentially for simulating flow on different scales, due to the surface thermal fluctuations, it is restricted to the nanoscale problems. Also, in this thesis, we present a new algorithm to describe the hydrodynamics of a perfect conductive fluid in the presence of an electric field. The model is based on solving the electrostatic equations in each DPD time step for determining the charge distribution at the fluid interface and, therefore, corresponding electrical forces exerted by the electric field to the particles near the interface. The method is applied to a perfect conductive stationary drop which is immersed in a perfect dielectric and hydrodynamically inactive ambient. We have shown that when the applied voltage is sufficiently high, the drop shape is changed to a cone with an apex angle which is near to the Taylor analytical estimation of 98.6°. Our results show that the presented algorithm gives new capabilities to the conventional DPD method for simulating nanoscale problems in the presence of an electric field. Keywords : Dissipative Particle Dynamics, Electrospinning, Nano and micro flows, Two-phase flows, Nano-Jet, Nano-Drop and Taylor cone.
الکتروریسی یکی از فرآیند‌های بسیار مهم در تولید نانو الیاف است که در چند سال اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است. هدف از این پایان ‌نامه، استفاده از روش DPD برای مدل‌کردن بخشی از فرآیند الکتروریسی می‌باشد. روش DPD یک روش نویدبخش در مدل‌کردن فرآیند‌های مزوسکوپی است که در مقیاس‌های بزرگ معادلات این روش منطبق بر معادلات محیط پیوسته بوده و این در حالی است که در مقیاس‌های کوچک جواب‌های این روش منطبق بر جواب‌های به‌دست آمده از روش‌های میکروسکوپی می‌باشد. در این پایان نامه چندین نمونه شبیه‌سازی در ابعاد نانو و میکرو انجام شده‌است که همگی مؤید توانمندی روش DPD در شبیه‌سازی مسائل پیچیده و دور از دسترس روش‌های دیگر، می باشند. برای شبیه‌سازی فرآیند الکتروریسی ابتدا سعی شده‌است که ابعاد روش DPD به خوبی شناخته شده و جزئیات آن مشخص گردند. در این راستا مدل‌های دوفاز و سطح آزاد در روش DPD مورد بررسی قرار گرفته‌اند و برای تصدیق آنها، معادله‌ی لاپلاس برای قطره‌ها‌ی ساکن در ابعاد میکرو و نانو شبیه‌سازی گردیده است و نشان داده شده‌است که این روش بخوبی توانسته، وابستگی خطی معادله‌ی لاپلاس به شعاع انحناء را مدل‌سازی نماید. علاوه بر این افتادن قطره در ابعاد نانو تحت نیروهای گرانشی و فشاری نیز شبیه‌سازی شده‌است. نتایج این شبیه‌سازی با شبیه‌سازی‌های صورت گرفته در مقیاس ماکرو و آزمایشگاهی، تطابق بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهند که در مقیاس نانو افتادن قطره در مدت زمان کمتری رخ می‌دهد. این پدیده به دلیل بزرگ بودن طول حرارتی بی‌بعد که معیاری از نوسانات مولکولی بر روی سطح مشترک است، در مقیاس نانو می‌باشد. نوسانات مولکولی بر روی سطح مشترک در تمامی مقیاس‌ها حضور دارند ولی اثر آنها بستگی معکوس به مقیاس طولی مسأله دارد. در این پایان نامه، برای اعمال نیروهای الکتریکی نیز الگوریتمی جدید براساس معادلات ماکسول ارائه گردیده‌ که به کمک آن بررسی پدیده‌های دوفازی در حضور میدان الکتریکی در مقیاس نانو و میکرو توسط روش DPD، امکان‌پذیر شده‌است. در راستای تصدیق الگوریتم ارائه شده، فرآیند تشکیل مخروط تیلور در ابعاد نانو مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن هستند که این الگوریتم به‌خوبی می‌تواند زاویه‌ی ‌مخروط تیلور را که برابر 6/98 درجه می‌باشد را شبیه‌سازی کند. تشکیل جت سیال نانو و همچنین افتادن قطره با ابعاد نانو تحت میدان الکتریکی که بخش مهمی از فرآیند الکتروریسی را تشکیل می‌دهند، نیز انجام شده‌است. نتایج نشان می‌دهتد که افتادن قطره تحت میدان الکتریکی رفتاری متفاوت در صورت عدم حضور این میدان دارد. همچنین قطره تحت نیروهای الکتریکی با سرعت بیشتری به شعاع مینیمم و طول ماکزیمم خود می‌رسد. کلمات کلیدی: نانوجت، نانو قطره، جریان‌های میکرو و نانو، الکتروریسی، جریان‌های دوفازی، مخروط تیلور، DPD

ارتقاء امنیت وب با وف بومی